(57)【要約】【課題】  本発明は、カスケードインピンジメント冷却式翼形部を提供する。【解決手段】  タービンブレード（１０）は、対向する前縁及び後縁（２２、２４）において互いに接合されかつ根元（２６）から先端（２８）まで長手方向に延びる対向する正圧及び負圧側壁（１８、２０）を有する翼形部（１２）を含む。複数の独立した冷却回路（３４〜３８）が、翼形部の正圧及び負圧側壁（１８、２０）に沿って対応して該翼形部内部に配置される。各冷却回路（３４〜３８）は、ダブテール（１４）を貫通した入口チャネル（４０〜４４）を含む。冷却回路の１つ（３４）は、翼形部の内面をカスケードインピンジメント冷却するためのインピンジメント孔（５０）の列を各々が含む対応する有孔隔壁（４８）によって分離された複数の長手方向のカスケードチャネル（４６）を含む。【選択図】      図２
2005299636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持ダブテール（１４）に一体形に結合され、翼弦方向に対向する前縁及び後縁（２２、２４）において互いに接合されかつ根元（２６）から先端（２８）まで長手方向に延びる対向する正圧及び負圧側壁（１８、２０）を含む翼形部（１２）と、
前記正圧及び負圧側壁（１８、２０）に沿って対応して前記翼形部内部に配置され、かつ前記ダブテール（１４）を貫通した入口チャネル（４０〜４４）と前記側壁（１８、２０）を貫通して対応する出口チャネルと流れ連通した出口孔（５４、５６）の列とを各々が含む複数の独立した冷却回路（３４〜３８）と、
を含み、
前記冷却回路の１つ（３４）が、前記翼形部（１２）の内面をカスケードインピンジメント冷却するためのインピンジメント孔（５０）の列を各々が含む対応する有孔隔壁（４８）によって分離された複数のカスケードチャネル（４６）を含む、
タービンブレード（１０）。
【請求項２】
前記冷却回路（３４〜３８）が、無孔隔壁（５２）によって前記側壁（１８、２０）に沿って互いに分離され、
前記入口チャネル（４０〜４４）が、前記前縁（２２）との間に配置された前記カスケードチャネル（４６）の１つによって前縁から分離されている、請求項１記載のブレード。
【請求項３】
前記入口チャネル（４０〜４４）の各々が、その有孔隔壁（４８）を傾斜して貫通して冷却空気を前記翼形部内面に対して斜めに衝突させる対応するインピンジメント孔（５０）の列を含み、
前記カスケードチャネル（４６）が、前記対応する入口チャネル（４０〜４４）から前記正圧側壁（１８）又は負圧側壁（２０）のいずれか１つに沿って順次に配列されて、前記前縁及び後縁（２２、２４）間で前記側壁のいずれか１つをカスケードインピンジメント冷却するようになっている、
請求項２記載のブレード。
【請求項４】
前記冷却回路（３４）の第１の回路が、前記負圧側壁（２０）に沿って延びて前記前縁（２２）で終わり、
前記冷却回路（３６）の第２の回路が、前記正圧側壁（１８）に沿って延びて前記後縁（２４）の前方で終わり、
前記冷却回路（３８）の第３の回路が、前記第１の冷却回路の後方でかつ前記第２の冷却回路（３６）と並行して前記負圧側壁（２０）に沿って延びて前記後縁（２４）で終わっている、
請求項３記載のブレード。
【請求項５】
前記第１の冷却回路（３４）がカスケードインピンジメント冷却回路を含む、請求項４記載のブレード。
【請求項６】
前記第２の冷却回路（３６）がカスケードインピンジメント冷却回路を含む、請求項４記載のブレード。
【請求項７】
前記第３の冷却回路（６０）が蛇行冷却回路を含む、請求項６記載のブレード。
【請求項８】
前記第３の冷却回路（３８）がカスケードインピンジメント冷却回路を含む、請求項４記載のブレード。
【請求項９】
前記第２の冷却回路（５８）が蛇行冷却回路を含む、請求項８記載のブレード。
【請求項１０】
前記第１、第２及び第３の冷却回路（３４〜３８）が各々、カスケード冷却回路を含み、また前記カスケード冷却回路の３つの入口チャネル（４０〜４４）が互いに隣接している、請求項４記載のブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、タービン翼形部の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、空気が、圧縮機内で加圧され、燃焼器内で燃料と混合されて高温燃焼ガスを発生する。エネルギーが、高圧タービンで燃焼ガスから取り出され、高圧タービンは圧縮機に動力を供給し、さらに低圧タービンで取り出され、低圧タービンは典型的なターボファン式航空機エンジン用途でのファンを駆動するような出力を生成する。
【０００３】
高圧タービンは、最初に最も高温の燃焼ガスを受けるので、一般的にその耐久性及び寿命を高めるために冷却される。高圧タービンノズルは、最初に、支持ロータディスクから半径方向外向きに延びる第１の高圧タービンロータブレードの列内に高温燃焼ガスを向ける。
【０００４】
ベーン及びブレードは、燃焼ガスからエネルギーを効率的に取り出すために適当な翼形部構成を有する。ベーン翼形部は、中空であり、その半径方向外端部及び内端部において対応する固定ステータバンドに適当に支持される。
【０００５】
各タービンブレードは、中空の翼形部と一体形支持ダブテールとを含み、ダブテールは、タービンブレードを保持するためにロータディスクの周囲の対応するダブテールスロット内に取付けられる。ロータブレードの列は、運転時に支持ディスク上で回転し、燃焼ガスからエネルギーを取り出してエンジン圧縮機を駆動する。
【０００６】
タービンノズルベーン及びタービンロータブレードの両方は、運転時に圧縮機から抽気した冷却空気をそれらベーン及びロータに供給することによって適当に冷却される必要がある。エンジンの効率及び性能を最大にするために、圧縮機から抽気される冷却空気の量を最小限にすることが望ましい。
【０００７】
従って、ステータベーン及びロータブレードの冷却構成は、それらの過去何十年にもわたる継続的な開発により極めて精巧かつ難解なものになっている。これらの構成部品の冷却構成における軽微な変更が、それらの冷却性能に大きな影響を及ぼし、またそのことが次にエンジン全体の効率及び性能に大きな影響を及ぼすことになる。
【０００８】
ベーン及びブレードの翼形部は、類似の冷却特徴形状を使用することができるが、ベーンは静止しているのに対してブレードは運転時に回転して大きな遠心力を受けるので、ベーン及びブレードの異なる構成及びそれらの異なる作動に合わせて適当に修正した状態で使用することになる。
【０００９】
ベーン及びブレードの中空の翼形部は、一般的にその中に１つ又はそれ以上の独立した冷却回路の形態で多数の半径方向又は長手方向に延びる冷却チャネルを有する。チャネルは、一般的に冷却プロセスの間に熱伝達を高めるために冷却空気をトリップさせる、翼形部の内面に沿った小さなリブ又はタービュレータを含む。
【００１０】
典型的な冷却回路は、冷却空気が冷却回路から吐出される前に蛇行脚部を通って連続して流れて翼形部の異なる部分を冷却するようになった蛇行回路を含む。
【００１１】
ベーン及びブレードは、一般的にそれらの正圧及び負圧側壁を貫通する様々なフィルム冷却孔の列を含み、これらのフィルム冷却孔の列は、運転時にベーン及びブレード上を流れる高温燃焼ガスからの付加的な断熱又は保護を与える対応するフィルムの形態で使用済み冷却空気を吐出する。
【００１２】
さらに別の従来の冷却構成は、ノズルベーンの内面をインピンジメント冷却するための、該ノズルベーン内部に配置された別体のインピンジメントバッフル又はインサートを含む。バッフルは、一般的にベーンの内面をインピンジメント冷却するために該ベーンの内面に垂直に冷却空気を向ける多数の小さなインピンジメント孔を含む。使用済みインピンジメント冷却空気は、その後、様々なフィルム冷却孔を通してベーンから吐出される。
【００１３】
タービンロータブレードのインピンジメント冷却は、運転時にブレードが回転するので遠心力の付加的な問題を提起する。従って、タービンロータブレードは、一般的に、別体のインピンジメントバッフルは実用的でなくかつ現在では最新のガスタービンエンジンの著しく長い寿命要件を満たすことができないので、その中で別体のインピンジメントバッフルを使用しない。
【００１４】
その代わりに、タービンロータブレードをインピンジメント冷却することは、一般的にブレードの前縁或いは正圧又は負圧側壁のようなブレードの狭い領域に限定される。インピンジメント冷却は、１つ又はそれ以上のインピンジメント孔の列を有する専用の一体形ブリッジ又は隔壁を翼形部内に組み入れることによって導入される。タービンロータブレードは、一般的に、同時に内部冷却回路及び局所的インピンジメント冷却チャネルを形成する鋳造によって製造される。
【００１５】
タービンロータブレード内に有意なインピンジメント冷却を導入することができることは、ノズルステータベーンにはない基本的な問題である。また、インピンジメント冷却は、結果として冷却空気の大きな圧力降下を生じ、従って、運転時に翼形部の内側及び外側間に対応する駆動圧力を必要とする。
【００１６】
燃焼ガスが翼形部の正圧及び負圧側面上を流れるときに燃焼ガスの圧力分布はそれら側面に沿って変化するので、タービンロータブレード内へのインピンジメント冷却の導入は、一般的な方法でブレードダブテールを通して最初に受けた冷却空気の共通入口圧力に対してブレード外側の吐出圧力が異なることに対処しなければならない。
【特許文献１】特開２０００−１６１００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従って、改良したインピンジメント冷却をその中に有するタービンロータブレードを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
タービンブレードは、対向する前縁及び後縁において互いに接合されかつ根元から先端まで長手方向に延びる対向する正圧及び負圧側壁を有する翼形部を含む。複数の独立した冷却回路が、翼形部の正圧及び負圧側壁に沿って対応して該翼形部内部に配置される。各冷却回路は、ダブテールを貫通した入口チャネルを含む。冷却回路の１つは、翼形部の内面をカスケードインピンジメント冷却するためのインピンジメント孔の列を各々が含む対応する有孔隔壁によって分離された複数の長手方向のカスケードチャネルを含む。
【００１９】
本発明を、好ましくかつ例示的な実施形態によって、更なる目的及び利点と共に、添付の図面と関連させた以下の詳細な説明においてより具体的に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に示すのは、ターボファン式航空機エンジン（図示せず）のような従来のガスタービンエンジン内で用いるガスタービンロータブレード１０である。ブレード自体は、一般的に従来の鋳造法を用いて製造され、プラットホーム１６において支持ダブテール１４に一体形に結合された翼形部１２を含む。
【００２１】
翼形部は、翼弦方向に対向する前縁及び後縁２２、２４において互いに一体形に接合されたほぼ凹面形の正圧側壁１８と円周方向に対向するほぼ凸面形の負圧側壁２０とを含む。翼形部はまた、プラットホーム１６における半径方向内側根元２６から半径方向に対向する先端２８まで長手方向又は半径方向に延びる。
【００２２】
運転時、ブレードは、ダブテール１４を相補形のダブテールスロットに捕捉することによって支持ロータディスク（図示せず）内に取付けられる。このようにして、回転作動中にブレードに発生する遠心力は、ダブテールのローブ又はタングを通して支持ロータディスクで支持される。
【００２３】
高温燃焼ガス３０は、燃焼器（図示せず）内で生成されて翼形部の外面上を流れ、翼形部が、ロータディスクを回転させるためのエネルギーを燃焼ガスから取り出す。上で指摘したように、タービンロータブレードは、その耐久性及び長い有効寿命を確保するために冷却を必要とし、冷却空気３２が運転時にエンジンの高圧圧縮機（図示せず）から適当に抽気される。
【００２４】
翼形部１２は、図２により詳細に示しており、翼形部の内部に配置されて該翼形部の根元から先端まで長手方向に延びる複数の独立した冷却回路３４、３６、３８を含む。例示的な３つの冷却回路は、正圧及び負圧側壁１８、２０に沿って対応して延び、各回路はそれ独自の独立した入口チャネル４０、４２、４４を含む。３つの入口チャネルは、図１に示すように、翼形部内で根元から先端の直ぐ下方まで長手方向外向きに延び、かつプラットホーム及びダブテールを貫通して内向きにダブテールの底面まで延びて、エンジン圧縮機からダブテール底面に適当に導かれた加圧冷却空気３２を受けるようになっている。
【００２５】
冷却回路３４の第１の回路は、図２及び図３に示しており、翼形部の根元から先端まで長手方向に延びかつブリッジ４８の対応する有孔隔壁によって軸方向又は翼弦方向に分離された複数のカスケード流れチャネル４６を含む。各ブリッジは、それを貫通して斜めに延びる長手方向のインピンジメント孔５０の列を含み、インピンジメント孔５０の列は、第１の入口チャネル４０を通して受けた同じ空気３２を用いて翼形部の内面を順次にカスケードインピンジメント冷却する。
【００２６】
従って、第１のカスケード冷却回路３４は、前縁の後方で翼形部の翼弦中央付近で始まり、負圧側壁２０に沿って前方に延びて、前縁２２の直ぐ後方又は前縁２２で終わるのが好ましい。第１の回路３４は、第１の入口チャネル４０と好ましくは２つのカスケードチャネル４６を含み、２つの対応する有孔隔壁４８を有する。従って、冷却空気３２は、３つのチャネルを通って順次に流れ、翼形部の半径方向スパンにわたって延びる対応するカスケード内に２つの逐次的段階のインピンジメント冷却を行い、最後に翼形部前縁２２の背後を直接インピンジメント冷却する。
【００２７】
図２及び図４に示すように、第２の冷却回路３６もまた、翼形部の根元から先端まで長手方向に延びかつ対応する有孔隔壁４８によって翼弦方向に分離された複数のカスケードチャネル４６を含むカスケード冷却回路であるのが好ましい。それらの隔壁の各々も、同様に、翼弦方向に翼形部内面に沿って該翼形部内面をカスケードインピンジメント冷却する長手方向のインピンジメント孔５０の列を含む。
【００２８】
図２に最も良く示すように、第１のカスケード回路３４は、負圧側壁２０に沿って配置されて前縁２２で終わる。第２のカスケード回路３６は、第１の回路の後方で正圧側壁１８に沿って延びて適当に後縁２４の前方で終わる。
【００２９】
図２及び図５に示す例示的な実施形態では、第３の冷却回路３８もまた、同様に構成されたカスケード冷却回路であり、翼形部の根元と先端との間で長手方向に延びかつ対応する有孔隔壁４８によって翼弦方向に分離された複数のカスケード流れチャネル４６を含む。それらの隔壁の各々は、翼弦方向に翼形部内面に沿って該翼形部内面をカスケードインピンジメント冷却するための長手方向のインピンジメント孔５０の列を含む。
【００３０】
図２に示す第３のカスケード回路３８は、第１の回路３４の後方で翼形部の翼弦中央付近で始まり、負圧側壁２０に沿って延びて後縁２４で終わる。従って、第２及び第３のカスケード回路３６及び３８は、第１のカスケード回路３４の後方に配置され、翼形部の２つの対向する側面１８、２０に沿って並行して延びて両方とも後縁２４で又は後縁２４付近で終わる。
【００３１】
図２に示す第２のカスケード回路３６は、３つの有孔隔壁４８の対応するインピンジメント孔５０を通してカスケードチャネル４６の３つに順次に冷却空気３２を供給するそれ自体の第２の入口チャネル４２を含む。
【００３２】
これに対して、第３のカスケード回路３８は、該回路の５つの有孔隔壁４８の対応するインピンジメント孔５０の列を通して５つのカスケードチャネル４６に順次に冷却空気３２を供給するそれ自体の第３の入口チャネル４４を含む。
【００３３】
従って、図２に示す単一の翼形部は、３つの独立した別個の冷却回路３４、３６、３８を含み、それら回路の３つは全て、正圧及び負圧側壁のそれらのそれぞれの部分をカスケードインピンジメント冷却するよう構成されることが好ましい。
【００３４】
従って、３つの冷却回路３４〜３８は、対応する側壁１８、２０に沿って対応する無孔のブリッジ又は隔壁５２によって互いに分離される。無孔隔壁５２は、翼形部のスパンに沿って該翼形部の根元と先端との間で延びて、３つの冷却回路を分離した状態に維持する。図２に示す第１の回路３４は、前縁２２の直ぐ後方の正圧側壁１８から負圧側壁のハンプにおける翼形部の最大幅付近の負圧側壁２０まで延びた整列しかつ同一平面にある隔壁５２によって第２及び第３の回路３６、３８から分離される。
【００３５】
これに対して、第２及び第３の冷却回路３６、３８は、翼形部の対向する正圧及び負圧側壁に沿って第１の回路から軸方向又は翼弦方向後方に後縁まで並行して延びて、それら回路の多数のカスケードチャネルは、翼形部がその比較的薄い後縁に向かって収束するすなわち次第に薄くなるにつれて、横幅が収束する。４つの無孔隔壁５２は、翼形部の反り又は翼形中心線に沿って延びて、第２及び第３の回路を互いに対称に分離する。
【００３６】
図２に示す３つの入口チャネル４０〜４４は、該入口チャネルと流れ連通状態で配置された対応するカスケードチャネル４６に冷却空気を分配し、それらの３つの入口チャネル自体は、その領域の翼形部をインピンジメント冷却しない。
【００３７】
しかしながら、３つの入口チャネルは、翼形部の最大幅領域内で互いにグループ分けされかつ互いに隣接して、全てがダブテールの底面の入口開口部から冷却空気３２を並行して受けるのが好ましい。従って、３つの入口チャネル自体は、３つのカスケード冷却回路内に分配する前の最初に受けた冷却空気によって適切に冷却されることができる。
【００３８】
３つの入口チャネル４０〜４４は、前縁２２との間に配置されたカスケードチャネル４６の１つによって該前縁２２から分離されるのが好ましい。例えば、第１の入口チャネル４０は、第１の回路の２つのカスケードチャネル４６によって前縁から分離される。第２の入口チャネル４２は、第１の回路の最後のカスケードチャネル及び隣接する無孔隔壁５２によって前縁２２から分離される。また、第３の入口チャネル４４は、第１の回路の２つのカスケードチャネル及び第２の入口チャネル４２とさらに介在無孔隔壁５２とによって前縁から分離される。
【００３９】
３つの入口チャネル４０〜４４は、別個のカスケード回路がそれら入口チャネルから外向きに分散配置された状態で、翼形部内部で互いにグループ分けされているので、様々なインピンジメント孔５０は、それぞれの有孔隔壁４８を適当に傾斜して貫通して、翼形部内面の対応する部分に対して冷却空気３２を斜めに衝突（インピンジメント）させる。インピンジメント孔の傾斜角度は、翼形部外面の対応する凹面形及び凸面形部分に対するそれぞれの冷却回路内の有孔隔壁の角度配向の関数として変化する。
【００４０】
第１のインピンジメント孔５０の列は、翼形部の内面に対して流入冷却空気を最初に衝突させてインピンジメント冷却効力を最大にするように、そのそれぞれの隔壁を傾斜して貫通するのが好ましい。
【００４１】
３つの回路の各々の第１のカスケードチャネル内の使用済みインピンジメント空気は、その後、次のインピンジメント孔の列を通して第２のすなわち次に続くカスケードチャネル内に吐出される。第２のチャネルのためのインピンジメント孔は、翼形部内面の次の部分に対する空気のインピンジメント冷却を最大にするように隔壁内で適当に傾斜している。その結果、カスケード方式では、インピンジメント孔は、冷却空気をチャネルからチャネルへと移送し、翼形部の内面の次に続く部分を繰り返しインピンジメント冷却するように隔壁内で適当に傾斜される。
【００４２】
このようにして、同じ冷却空気を順次にすなわち逐次的に使用して、３つの冷却回路の範囲に沿って翼形部の内面の対応する部分をカスケードインピンジメント冷却する。有孔及び無孔の隔壁４８、５２の両方は、共通に鋳造した翼形部の一体形部分であり、運転時に発生する大きな遠心荷重に耐えるような大きな強度に恵まれる。また、カスケードインピンジメント冷却は、固定タービンノズルベーンに一般的に見られるような独立したインピンジメントバッフルの必要なしに、インピンジメント冷却を普通の翼形部に導入することができる適用表面積範囲を増大するように多数の隔壁から行われる。
【００４３】
従って、カスケードチャネル４６は、正圧側壁１８又は負圧側壁２０のいずれかに沿って或いは好ましい実施形態では両方に沿って前縁及び後縁２２、２４間で翼形部の根元から先端まで翼形部をカスケードインピンジメント冷却するように、対応する入口チャネル４０〜４４から順次に配置される。カスケードインピンジメント冷却は、翼形部に行うあらゆる外部冷却とは独立して、翼形部の内面の冷却を高める。
【００４４】
例えば、図２及び図３に示す負圧側壁２０は、第１の回路３４の最後のチャネルと流れ連通した状態で配置された１つのフィルム冷却孔５４の列を含むことができる。別のフィルム冷却孔５４の列もまた、正圧側壁１８を貫通して第１の回路３４の最後のチャネルと流れ連通した状態で配列することができる。このように、２つのフィルム冷却孔５４の列は、第１の冷却回路に対して翼形部の正圧及び負圧側面に沿ってフィルムの形態で使用済みインピンジメント空気を吐出するための出口を構成して、翼形部を従来と同様にフィルム冷却する。
【００４５】
同様に、図２に示す正圧側壁１８は、第２の冷却回路３６の最後のチャネルと流れ連通した状態で配置された別のフィルム冷却孔５４の列を含むことができ、この別のフィルム冷却孔５４の列は、第２の冷却回路３６に対する出口を構成して該出口から下流の正圧側壁上に追加の冷却空気フィルムを形成するようにする。
【００４６】
図２に示す第３の回路３８は、後縁２４に沿って任意の従来の構成で配置された、第３の回路から使用済みインピンジメント空気を吐出するための後縁出口孔５６の列で終わることができる。
【００４７】
図２に示す正圧及び負圧側壁１８、２０は、３つの入口チャネル４０〜４４に沿って無孔であり、流入冷却空気の全てが３つの回路自体のカスケードチャネルを通って別々に吐出されることができるようになるのが好ましい。
【００４８】
図２に示す好ましい実施形態では、正圧及び負圧側壁１８、２０は、上に開示した対応する出口孔５４、５６の列を有する対応する最後のチャネルを除いて３つのカスケード冷却回路３４〜３８に沿って無孔である。別の実施形態では、正圧又は負圧側壁内に或いは両方にカスケードチャネルの様々なチャネルと流れ連通した状態で追加のフィルム冷却孔の列を設けて、翼形部への熱負荷の局所的変化に適合させることができる。様々な冷却回路はまた、側壁の内面に沿って、可能な部位の熱伝達を高めるための従来型の短形リブ又はタービュレータを含むことができる。
【００４９】
図１〜図５に示す好ましい実施形態では、３つの冷却回路３４、３６、３８全ては、複数のカスケードチャネル４６、それらの有孔隔壁４８及び対応するインピンジメント孔５０の列を有するカスケードインピンジメント冷却回路の形態である。このように、インピンジメント冷却を受ける翼形部壁の内面積は、その中の隔壁及び対応する流れチャネルの数を必要以上に多くせずに最大にすることができる。
【００５０】
図６及び図７は、図１〜図５に示す翼形部１２の変更形態を概略的に示す。図６及び図７に示す両方の実施形態では、概略的に示す第１、第２及び第３のカスケード冷却回路３４、３６、３８は、図１〜図５におけるそれらの対応部分と同一である。しかしながら、上述のように３つの冷却回路全てがカスケード冷却回路の形態であるのではなくて、それらのカスケード回路のいずれか１つを代わりに、端部と端部とを接して配列して従来の形態の連続した蛇行チャネルを形成した冷却回路の複数の長手方向チャネルを有するように変更することができる。
【００５１】
より具体的には、図６に示す別の実施形態では、上述のような第１及び第３のカスケード冷却回路３４、３８を含み、第２のカスケード回路は、長手方向チャネルが典型的な連続した蛇行チャネルの方式で第２の入口チャネル４２から端部と端部とを接して配置された蛇行冷却回路５８によって置き換えられる。この構成では、２番目のカスケード回路３８は、翼形部負圧側壁２０に沿って配置され、また蛇行回路５８は、カスケード回路３８と並行して翼形部正圧側壁１８に沿って配置される。
【００５２】
同様に、図７は、第１のカスケード回路３４及び第２のカスケード回路３６が、図１〜図５に関して上に開示したものと同一である別の実施形態を示す。第３のカスケード回路は、その長手方向チャネルが第３の入口チャネル４４から端部と端部とを接して配列されて連続した蛇行チャネルを形成した別の蛇行冷却回路６０によって置き換えられる。この実施形態では、第２のカスケード回路３６は、翼形部正圧側壁１８に沿って配置され、また蛇行チャネル６０は、翼形部負圧側壁２０に沿って第２のカスケード回路３６と並行して配置される。
【００５３】
図６の実施形態では、正圧側の蛇行チャネル５８は、最後の流れチャネル内にインピンジメントの形態で冷却空気を吐出する任意の従来型構成の３経路蛇行チャネルである。図７の実施形態では、負圧側の蛇行チャネル６０は、同様に最後の流れチャネル内にインピンジメントの形態で冷却空気を吐出する任意の従来型構成の５経路蛇行チャネルである。
【００５４】
上で指摘したように、タービンロータブレード、特に第１段高圧タービンロータブレードは、燃焼器から吐出される最も高温の燃焼ガスに曝される。ロータブレードの異なった構成の正圧及び負圧側面は、運転時にその上を流れる燃焼ガスから異なった熱負荷を受ける。翼形部を上述の複数の冷却回路に分割することができることにより、翼形部の異なる部分の対応する熱負荷に対する要求に応じて翼形部の冷却効力を調整することが可能になる。
【００５５】
カスケードインピンジメント冷却回路３４〜３８は、翼形部の異なる部分において、逐次的なすなわちカスケード式のインピンジメント冷却のための表面積を局所的に最大にするのが望ましい場所に用いることができる。カスケード回路は、翼形部への外部的熱負荷に適合させるのが望ましい場所で上述のような独立した蛇行冷却回路と組み合わせることができる。また、その他のタイプの従来の冷却回路を同様に上述のカスケード冷却回路の１つ又はそれ以上と共に使用して、利点を得ることができる。
【００５６】
上で指摘したように、インピンジメント冷却は、インピンジメント空気がインピンジメントの各段階において対応するインピンジメント孔の列を通して吐出された時に大きな圧力降下を生じる。インピンジメントの次に続く段階は、冷却空気の付加的な圧力降下を生じる。また、逐次的なすなわちカスケード式のインピンジメント段階の数は、翼形部外部の燃焼ガスの局所的圧力に対する入口冷却空気の利用可能な圧力によって制限される。
【００５７】
図２に示す例示的な実施形態では、３つのカスケード回路は、前縁の後方で翼形部の最大幅付近で始まり、第１の回路３４が前縁付近で終わり、また第２及び第３の回路３６、３８は後縁２４付近又は後縁２４で終わる。
【００５８】
２段階の第１の回路３４は、フィルム冷却孔５４から正圧及び負圧側壁に沿って吐出される前に２回のインピンジメント空気圧力降下を受ける。
【００５９】
第２のカスケード回路３６は、出口孔５４から吐出される前に３つのインピンジメント冷却の段階において３回の圧力降下を受ける。また、第３のカスケード回路３８は、出口孔５６から吐出される前に逐次的インピンジメント冷却の段階において５回の圧力降下を受ける。
【００６０】
第２及び第３のカスケード回路３６、３８は、普通、翼形部後縁２４付近で使用済みインピンジメント空気を吐出するので、第２及び第３のカスケード回路３６、３８は、この領域での燃焼ガスの外部圧力の低下の利点に恵まれて、第１の入口空気と出口空気との間の圧力降下を最大にする。
【００６１】
上述の様々なカスケードインピンジメント冷却回路は、その圧縮機がタービンロータブレードを通してのカスケードインピンジメント冷却における複数回の圧力降下に適応するのに十分な高圧冷却空気を発生する高性能ガスタービンエンジンにおいて特に有利に用いることができる。カスケードインピンジメント冷却段階の数は、設計毎で変化させて他のタイプのガスタービンエンジンにおける利用可能な圧力降下に適応させることができる。
【００６２】
上述の様々なカスケード冷却回路は、そのカスケード冷却回路のために特別に構成されかつ鋳造プロセスのために互いに結合された３つのセラミックコアを用いてタービンブレードの形態で従来通りの方法で鋳造することができる。翼形部内の様々な出口孔は、ブレード自体の鋳造の後に任意の従来の穿孔法によって形成することができる。
【００６３】
本明細書では本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものを説明してきたが、本明細書の教示から本発明の他の変更形態が当業者には明らかになるはずであり、従って、全てのそのような変更形態は本発明の技術思想及び技術的範囲内に属するものとして特許請求の範囲で保護されることが望まれる。
【００６４】
従って、本特許で保護されることを望むものは、特許請求の範囲に記載しかつ特定した発明である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】その中にカスケードインピンジメント冷却回路を有する例示的なガスタービンエンジンのタービンロータブレードの部分断面斜視図。
【図２】線２−２に沿って取った、図１に示す翼形部の一部の部分断面斜視図。
【図３】線３−３に沿って取った、図２に示す翼形部の前縁領域の側面断面図。
【図４】線４−４に沿って取った、図２に示す翼形部の正圧側面の一部の側面断面図。
【図５】線５−５に沿って取った、図２に示す翼形部の負圧側面の一部の側面断面図。
【図６】本発明の変更形態による、図２に示す翼形部の３つの冷却回路の概略図。
【図７】本発明の別の変更形態による、図２に示す翼形部の概略図。
【符号の説明】
【００６６】
１０  ガスタービンロータブレード
１２  翼形部
１４  支持ダブテール
１６  プラットホーム
１８  正圧側壁
２０  負圧側壁
２２  前縁
２４  後縁
２６  根元
２８  先端
３０  高温燃焼ガス
３２  冷却空気
３４、３６、３８  冷却回路
４０、４２、４４  入口チャネル
４６  カスケードチャネル
４８  有孔隔壁
５０  インピンジメント孔
５２  無孔隔壁
５４  フィルム冷却孔
５６  出口孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2005299636000001.pdf